El equivalente en galones de gasolina ( GGE ) o el galón equivalente de gasolina ( GEG ) es la cantidad de un combustible alternativo que se necesita para igualar el contenido de energía de un galón líquido de gasolina . GGE permite a los consumidores comparar el contenido energético de combustibles competidores con un combustible comúnmente conocido, es decir, la gasolina.
Es difícil comparar el costo de la gasolina con el de otros combustibles si se venden en diferentes unidades y formas físicas. GGE intenta solucionar esto. Un GGE de GNC y un GGE de electricidad tienen exactamente el mismo contenido energético que un galón de gasolina. De esta manera, GGE ofrece una comparación directa de la gasolina con combustibles alternativos, incluidos los que se venden como gas ( gas natural , propano , hidrógeno ) y como electricidad medida .
En 1994, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE. UU. definió "el equivalente en galones de gasolina (GGE) [como] 5,660 libras de gas natural". [1] El gas natural comprimido (GNC), por ejemplo, es un gas más que un líquido. Se puede medir por su volumen en pies cúbicos estándar (ft 3 ) en condiciones atmosféricas , por su peso en libras (lb) o por su contenido de energía en julios (J), unidades térmicas británicas (BTU) o kilovatios-hora. (kW·h). El GNC vendido en las estaciones de servicio en EE.UU. tiene un precio en dólares por GGE.
El uso del GGE como medida para comparar la energía almacenada de varios combustibles para su uso en un motor de combustión interna es sólo un insumo para los consumidores, quienes normalmente están interesados en el costo anual de conducir un vehículo, lo que requiere considerar la cantidad de trabajo útil que puede extraerse de un combustible determinado. Esto se mide por la eficiencia general del coche. En el contexto del GGE, una medida del mundo real de la eficiencia general es la economía de combustible o el consumo de combustible anunciado por los fabricantes de vehículos de motor.
Para empezar, el motor del vehículo sólo puede convertir en trabajo útil una fracción de la energía almacenada de un combustible determinado (medida en BTU o kW-h). La medida de esto es la eficiencia del motor , frecuentemente llamada eficiencia térmica en el caso de los motores de combustión interna. Un motor de ciclo diésel puede tener una eficiencia de entre un 40% y un 50% a la hora de convertir combustible en trabajo , [2] mientras que la eficiencia de un motor de gasolina típico para un automóvil es de aproximadamente un 25% a un 30%. [3] [4]
En general, un motor está diseñado para funcionar con una única fuente de combustible y la sustitución de un combustible por otro puede afectar la eficiencia térmica. Cada combinación de combustible y motor requiere ajustar la mezcla de aire y combustible. Esto puede ser un ajuste manual utilizando herramientas e instrumentos de prueba o realizarse automáticamente en vehículos multicombustible y con inyección de combustible controlados por computadora. La inducción forzada para un motor de combustión interna que utiliza sobrealimentador o turbocompresor también puede afectar la mezcla óptima de combustible y aire y la eficiencia térmica.
La eficiencia general de convertir una unidad de combustible en trabajo útil (rotación de las ruedas motrices) incluye la consideración de la eficiencia térmica junto con las pérdidas dinámicas que son inherentes y específicas al diseño de un vehículo determinado. La eficiencia térmica se ve afectada tanto por la fricción como por las pérdidas de calor; En el caso de los motores de combustión interna, parte de la energía almacenada se pierde en forma de calor a través del sistema de escape o de refrigeración. Además, la fricción dentro del motor se produce a lo largo de las paredes del cilindro, los cojinetes de biela y los cojinetes principales del cigüeñal, los cojinetes del árbol de levas, las cadenas de transmisión o los engranajes, además de otras superficies de soporte diversas y menores. Otras pérdidas dinámicas pueden ser causadas por la fricción fuera del motor, incluidas las cargas del generador/ alternador , la bomba de dirección asistida, el compresor del aire acondicionado, la transmisión, la caja de transferencia (si tiene tracción en las cuatro ruedas), los diferenciales y la unidad universal. articulaciones, además de la resistencia a la rodadura de los neumáticos. El estilo externo del vehículo afecta su resistencia aerodinámica, que es otra pérdida dinámica que debe considerarse para la eficiencia general.
En vehículos eléctricos o de batería, el cálculo de la eficiencia general del trabajo útil del vehículo comienza con la tasa de carga-descarga del paquete de batería, generalmente del 80% al 90%. Lo siguiente es la conversión de la energía almacenada en distancia recorrida con energía. En términos generales, un motor eléctrico es mucho más eficiente que un motor de combustión interna a la hora de convertir la energía potencial almacenada en trabajo útil; En un vehículo eléctrico, la eficiencia del motor de tracción puede acercarse al 90%, ya que el calor residual que sale de las piezas del motor es mínimo y el radiador de refrigerante y el escape no desprenden calor. Un motor eléctrico normalmente tiene fricción interna solo en los cojinetes del eje principal. [ cita necesaria ] Las pérdidas adicionales afectarán la eficiencia general, de manera similar a un automóvil de combustión interna convencional, incluida la resistencia a la rodadura, la resistencia aerodinámica, la potencia accesoria, el control del clima y las pérdidas del tren motriz. Consulte la tabla a continuación para traducir los costos minoristas de electricidad de un GGE en BTU.
La eficiencia general se mide y se informa, generalmente mediante pruebas gubernamentales, mediante la operación del vehículo en un ciclo de conducción estandarizado diseñado para replicar el uso típico, al tiempo que proporciona una base consistente para la comparación entre vehículos. Los automóviles vendidos en los Estados Unidos se anuncian según su eficiencia general medida (economía de combustible) en millas por galón (mpg). El MPG de un vehículo determinado comienza con la eficiencia térmica del combustible y el motor, menos todos los elementos de fricción anteriores. El consumo de combustible es una medida equivalente para los automóviles vendidos fuera de Estados Unidos, que normalmente se mide en litros por cada 100 km recorridos; en general, el consumo de combustible y las millas por galón serían recíprocos con factores de conversión apropiados, pero debido a que diferentes países utilizan diferentes ciclos de conducción para medir el consumo de combustible, la economía de combustible y el consumo de combustible no siempre son directamente comparables.
La métrica MPGe fue introducida en noviembre de 2010 por la EPA en la etiqueta Monroney del automóvil eléctrico Nissan Leaf y del híbrido enchufable Chevrolet Volt . Las clasificaciones se basan en la fórmula de la EPA, en la que 33,7 kilovatios hora de electricidad equivalen a un galón de gasolina (lo que da un poder calorífico de 115.010 BTU/gal estadounidense), y el consumo de energía de cada vehículo durante las cinco pruebas de ciclo de conducción estándar de la EPA que simulan condiciones de conducción variables. [5] [6] Todos los automóviles nuevos y camionetas livianas vendidos en los EE. UU. deben tener esta etiqueta que muestre la estimación de la EPA de economía de combustible del vehículo. [7]
Las tarifas por kWh de electricidad residencial en EE. UU. oscilan entre $0,0728 (Idaho) y $0,166 (Alaska), $0,22 (Nivel 1 de San Diego, mientras que el Nivel 2 cuesta $0,40) y $0,2783 (Hawái). [20] [21]
Un GGE de gas natural equivale a 126,67 pies cúbicos (3,587 m 3 ) en condiciones estándar . Este volumen de gas natural tiene el mismo contenido energético que un galón estadounidense de gasolina (basado en valores caloríficos más bajos : 900 BTU/pie cúbico (9,3 kWh/m 3 ) de gas natural y 114.000 BTU/gal estadounidense (8,8 kWh/L) para gasolina). [22]
Un GGE de GNC presurizado a 2400 psi (17 MPa) equivale a 0,77 pies cúbicos (22 litros; 5,8 galones estadounidenses). Este volumen de GNC a 2.400 psi tiene el mismo contenido energético que un galón estadounidense de gasolina (basado en valores de calentamiento más bajos: 148.144 BTU/pie cúbico (1.533,25 kWh/m 3 ) de GNC y 114.000 BTU/gal estadounidense (8,8 kWh/L). ) de gasolina [22] Utilizando la ley de Boyle , el GGE equivalente a 3.600 psi (25 MPa) es 0,51 pies cúbicos (14 litros; 3,8 galones estadounidenses).
La Conferencia Nacional de Pesos y Medidas (NCWM) ha desarrollado una unidad de medida estándar para gas natural comprimido, definida en el Apéndice D del Manual 44 del NIST de la siguiente manera: "1 galón equivalente de gasolina [EE.UU.] (GGE) significa 2,567 kg (5,660 lb). ) de gas natural." [23]
Cuando los consumidores repostan combustible a sus vehículos de GNC en los EE. UU., el GNC generalmente se mide y se vende en unidades GGE. Esto es bastante útil en comparación con los galones de gasolina.
1,5 galones estadounidenses (5,7 litros) de etanol tienen el mismo contenido energético que 1,0 galones estadounidenses (3,8 L) de gasolina.
El contenido energético del etanol es de 76.100 BTU/gal EE.UU. (5,89 kilovatios-hora por litro), en comparación con 114.100 BTU/gal EE.UU. (8,83 kWh/L) de la gasolina. (ver cuadro arriba)
Un vehículo de combustible flexible experimentará aproximadamente el 76 % de las MPG por kilometraje de combustible cuando utilice productos E85 (85 % de etanol) en comparación con el 100 % de gasolina. Cálculos simples de los valores BTU del etanol y la gasolina indican los valores caloríficos reducidos disponibles para el motor de combustión interna. El etanol puro proporciona 2/3 del valor calorífico disponible en la gasolina pura.
En el cálculo más común, es decir, el valor de BTU de gasolina pura vs gasolina con 10% de etanol, esta última tiene poco más del 96% de valor de BTU de gasolina pura. Los BTU de gasolina varían según la presión de vapor Reid (lo que provoca una vaporización más fácil en mezclas de invierno que contienen etanol (es difícil arrancar un vehículo con etanol cuando hace frío) y aditivos antidetonantes. Dichos aditivos ofrecen una reducción en el valor de BTU.